８．１．１ 晶体管的开关

图８．１是一例发射极接地放大电路，这种电路能够通过输入信号（电压）连续地——— 模拟地控制流过集电极发射极间电流，获得输出电压。 

但是开关电路，如图８．２所示是一种计数地接通／断开晶体管的集电极发射极间的电流作为开关使用的电路。 

图８．３是电压增益（放大倍数）A_v＝10的发射极接地型放大电路。

照片８．１是给这个电路输入１ｋＨｚ、１Ｖ_P-P信号时的输入输出波形。这时的输出波形不是通过介入耦合电容取出的， 而是集电极电位。由于A_V＝10，所以输出应该是１０Ｖ_P-P。但是由于电源电压以及发射极电阻上电压降的缘故，如照片所示，波形的上下部分均被截去（输出饱和）。

输出波形的上半周被截去的情况是由于输出电平与电源电压相等，所以集电极电阻上没有了电压降，也就是说晶体管的集电极发射极间没有电流流过（集电极电流为零）。换句话说，晶体管处于截止状态。

相反，输出波形的下半周被截去的情况是因为输出电平处于更接近ＧＮＤ电平的电位（集电极电阻上的电压降非常大），晶体管的集电极电流处于最大值。也就是说，晶体管处于导通状态。

这样的开关电路只要利用输入信号使输出波形被限幅就可以实现（使晶体管处于接通／断开状态就可以），所以可以认为只要放大电路具有非常大的放大倍数，或者加上很大的输入信号就可以。但是，这样的开关电路必须是直流的接通／断开状态（这样的用途非常多），所以必须具有一定的直流的放大倍数。

８．１．２从放大电路到开关电路图

８．４是从发射极放大电路演变到开关电路的示意图 。首先为了获得直流增益（放大倍数），从图８．４（ａ）的一般发射极放大电路中去掉输入输出的耦合电容C₁、C₂，得到图８．４（ｂ）的电路。进一步为了提高放大倍数，去掉发射极电阻Ｅ，变成图８．４（ｃ）的电路。这样一来，也就没有必要加基极偏置电压。当输入信号为０Ｖ时，晶体管处于截止状态 ，所以集电极就没有必要流过无用的电流——— 空载电流。因此， 如图 ８．４（ｄ）所示去掉偏置用的R₁。

为了确保没有输入信号时晶体管处于截止状态，需要保留使基极处于ＧＮＤ电位的电阻R₂。但是，图８．４（ｄ）的电路中如果输入信号超过＋０．６Ｖ，晶体管基极发射极间的二极管将处于导通状态，就开始有基极电流流过。也就是说，这样的状态不能限制电流，会有非常大的基极电流流过。因此，如图８．４（ｅ）所示还需要插入限制基极电流的电阻R₃。这样就可以将发射极接地放大电路变形成开关电路。

８．１．３观测开关波形

图８．５是上述电路代入了具体数值的实际开关电路，照片８．２是给这个电路输入１ｋＨｚ、２Ｖ_P-P的正弦波时的输入输出波形。输入信号是正弦波。但是由于电路的放大倍数足够大，所以输出波形变成了方波。当输入信号电平在＋０．６Ｖ以下时体管处于截止状态，输出电平是＋５Ｖ（电源电压）。当超过＋０．６Ｖ时，晶体管处于导通状态，输出基本上是ＧＮＤ电平。

通常开关电路的输入信号只是控制开关的接通／断开，所以采用与接通／断开电平相对于的二值信号，即方波。经常用ＴＴＬ或ＣＭＯＳ等数字电路的输出直接控制开关电路。

照片８．３是给图８．５的电路输入１ｋＨｚ、０Ｖ／＋５Ｖ方波时的输入输出波形。由于用０Ｖ／＋５Ｖ的方波使晶体管于接通／断开状态，所以输出波形也是＋５Ｖ／０Ｖ的方波。这个电路可以认为是发射极接地放大电路的变形，所以与放大电路一样，输入输出信号的相位是反转的。

从照片８．３看到的输入输出波形简直就是数字电路中倒相器（ＮＯＴ电路）的输入输出波形。所以这个电路可以作为倒相器使用。但是，
为了能够像数字ＩＣ那样高速动作还需要作一些改进。这将在后面介绍。

如果电源设置为＋１５Ｖ，由于输入信号是０Ｖ／＋５Ｖ的ＣＭＯＳ（ＴＴＬ）电平，所以可以作为向０Ｖ／＋１５Ｖ的ＣＭＯＳ电平变换的逻辑电平变换电路。当然反过来也可以由０Ｖ／＋１５Ｖ变换为
０Ｖ／＋５Ｖ。 

８．１．４如果集电极开路

图８．５的电路中集电极连接着负载电阻Ｌ。如图８．６所示，当不连接负载电阻时这个电路的集电极就原封不动地变成输出端。把这个电路叫做开路集电极，它广泛应用于以继电器或灯泡等为外部负载的开关电路。

如图８．６所示，在使用ＮＰＮ晶体管的电路中，如果在电位高于ＧＮＤ的电源与集电极（输出端）之间连接负载，这时就像是吸入负载电流。在使用ＰＮＰ晶体管的电路中，如果在比正电源电位低的电源（在图８．６（ｂ）中是ＧＮＤ）与集电极间连接负载，这 时就像负载电流在流出。因此，这个开路集电极能够接通／断开负载电流而与负载连接几伏的电源没有关系，所以是一个对于开关外部负载非常方便的电路。